Question

2．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5 kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)的反應(yīng)速率的是a、c（填寫序號(hào)）．
a．使用高效催化劑        b．降低反應(yīng)溫度
c．增大體系壓強(qiáng)          d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來
（2）在一定壓強(qiáng)下，容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③100℃時(shí)，達(dá)到平衡后，保持壓強(qiáng)P₁不變的情況下，向容器中通入CO、H₂號(hào) CH₃OH各0.5amol，則平衡向左（填“向右”、“向左”或“不”移動(dòng)）
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，達(dá)到新平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）在容積均為1L的密閉容器（a、b、c、d、e）中，分別充入1molCO和2molH₂等量混合氣體，在不同的溫度下（溫度分別為T₁、T₂、T₃、T₄、T₅），經(jīng)相同的時(shí)間，在t時(shí)刻，測得容器甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖所示．在T₁-T₂及T₄-T₅兩個(gè)溫度區(qū)間，容器內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢如圖2所示，其原因是T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少．

Answer 1

分析 （1）將已知方程式變型得到目標(biāo)方程式，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；升高溫度、增大壓強(qiáng)、加入催化劑、增大濃度、增大接觸面積等措施可以加快反應(yīng)速率；
（2）①由圖1可知，溫度相同時(shí)，在壓強(qiáng)為P₂時(shí)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率高，由反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強(qiáng)越大，越有利于平衡向正反應(yīng)進(jìn)行；
②由圖1可知，在P₁壓強(qiáng)下，100℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，據(jù)此計(jì)算CO的濃度變化量，根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，計(jì)算合成甲醇的化學(xué)平衡常數(shù)；
③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效減小氫氣的濃度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行達(dá)到新平衡時(shí)；
（3）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷得出正確結(jié)論．a(chǎn)、b沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，c、d、e達(dá)到平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，則△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)的反應(yīng)速率的是，
a．使用高效催化劑，降低反應(yīng)的活化能，可以加快反應(yīng)速率，故a正確；        
b．降低反應(yīng)溫度減慢反應(yīng)速率，故b錯(cuò)誤；
c．增大體系壓強(qiáng)反應(yīng)速率增大，故c正確；         
d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來，生成物難度減小，反應(yīng)速率減小，故d錯(cuò)誤；
故選ac，
故答案為：-90.1；  a、c；
 （2）①由圖1可知，溫度相同時(shí)，在壓強(qiáng)為P₂時(shí)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率高，由反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強(qiáng)越大，
越有利于平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，故壓強(qiáng)P₁＜P₂，
故答案為：小于；
②由于平衡常數(shù)與壓強(qiáng)沒有關(guān)系，所以根據(jù)圖象可知，在100℃P₁時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是0.5，則
                              CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）   $\frac{a}{V}$             $\frac{2a}{V}$              0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   $\frac{a}{2V}$           $\frac{a}{V}$               $\frac{a}{2V}$
平衡濃度（mol/L） $\frac{a}{2V}$            $\frac{a}{V}$                $\frac{a}{2V}$
所以平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效減小氫氣的濃度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，
故答案為：向左；
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行達(dá)到新平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大；
（3）反應(yīng)進(jìn)行到t時(shí)刻時(shí)，a、b沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，c、d、e達(dá)到平衡狀態(tài)，故T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少，
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用、圖象分析應(yīng)用，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷，平衡常數(shù)的表示方法，題目難度中等．